中國青年報(bào)客戶端訊（中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 馬子倩）香港科技大學(xué)（以下簡稱“港科大”）研究團(tuán)隊(duì)近日成功研發(fā)出全球首個(gè)能模仿人體天然纖毛快速、復(fù)雜及三維運(yùn)動的人工纖毛系統(tǒng)，在仿生軟物料及微型工程領(lǐng)域邁出重要一步。這項(xiàng)突破性研究成果已發(fā)表于英國《自然》期刊，論文題為《三維列印低電壓驅(qū)動水凝膠纖毛微型致動器》。

纖毛遍布人體，屬于微米級毛狀結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)清除呼吸道黏液、推動腦脊液循環(huán)流動，并協(xié)助生殖相關(guān)的體內(nèi)運(yùn)作。除醫(yī)療應(yīng)用外，人工纖毛在多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域也具有應(yīng)用潛力。比如，有關(guān)技術(shù)可以在微流控系統(tǒng)中充當(dāng)微型泵或混合器。

雖然科研界多年來致力于模仿纖毛的精密機(jī)械特性，但在人工系統(tǒng)中，重現(xiàn)其逼真高速與協(xié)調(diào)運(yùn)動，一直是極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。由港科大機(jī)械及航空航天工程學(xué)系助理教授胡文琪領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，通過整合多項(xiàng)尖端技術(shù)成功破解了這一難題。

胡文琪的研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用高精度3D打印技術(shù)，制作出體積微小且具有高度柔韌性的仿生結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步優(yōu)化水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以加快離子傳輸速度，使人工纖毛能夠迅速且靈敏地運(yùn)行。此外，研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的微型電極系統(tǒng)可對每一根纖毛進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)高度協(xié)調(diào)且可程式化的運(yùn)動模式。結(jié)合上述創(chuàng)新成果，人工纖毛在運(yùn)行速度、動作復(fù)雜程度以及耐用性等多個(gè)方面均取得了突破。

香港科技大學(xué)機(jī)械及航空航天工程學(xué)系助理教授胡文琪（右）、其研究生陳熙（左）及其他港科大研究團(tuán)隊(duì)成員成功研發(fā)全球首個(gè)仿生人工纖毛系統(tǒng)。香港科技大學(xué)供圖

“以往的人工纖毛在速度、柔軟度或控制精度上皆有所不足?！焙溺鞅硎?，“我們的設(shè)計(jì)首次將柔軟、快速、耐用等天然纖毛的所有關(guān)鍵特性集于一身，并能在大規(guī)模陣列中實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動?！彼J(rèn)為，這項(xiàng)研究為理解纖毛在健康狀態(tài)下的運(yùn)作機(jī)制邁出了關(guān)鍵的第一步。

隨著相關(guān)技術(shù)逐步邁向臨床應(yīng)用階段，為了確保其長期安全性與生物相容性，港科大研究團(tuán)隊(duì)正積極推動人工纖毛技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室概念驗(yàn)證轉(zhuǎn)化為更具應(yīng)用導(dǎo)向的系統(tǒng)，包括擴(kuò)大制作規(guī)模、整合傳感與回饋操控機(jī)制，以及在更貼近真實(shí)情境的生物環(huán)境中進(jìn)行性能測試。

電驅(qū)動水凝膠微型致動器的制備、運(yùn)作機(jī)制及裝置示意圖。香港科技大學(xué)供圖

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